DE3725035A1

DE3725035A1 - Circuit arrangement for supplying power to loads which are operated in a pulsed manner, especially laser diodes

Info

Publication number: DE3725035A1
Application number: DE19873725035
Authority: DE
Inventors: Hans Spies; Alfons Woehrl; Guenther Reisacher
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: SPIES, HANS, 8068 PFAFFENHOFEN, DE WOEHRL, ALFONS,
Priority date: 1987-07-29
Filing date: 1987-07-29
Publication date: 1989-02-09

Abstract

The invention relates to a circuit arrangement for supplying power to loads which are operated in a pulsed manner, especially laser diodes (11). According to the invention, a series circuit composed of a plurality of modules (1) for supplying the load (11) which is operated in a pulsed manner can be provided, especially when the available voltage source, for example a battery, emits a voltage which is less than the supply voltage of the load which is operated in a pulsed manner. These modules each have a capacitor (2), which is connected between the poles of the voltage source, and a semiconductor switch (7), which is connected electrically in series with the capacitor. The switch of the first module (1) is connected to a control circuit (7) having a trigger input (8), so that, when a trigger pulse is input, the individual capacitors (2) are discharged serially via the pulsed load (11). <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Energierversorgung pulsbetriebener Lasten, insbesondere Laserdioden, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a circuit arrangement for Energy supply of pulse-driven loads, in particular Laser diodes, according to the preamble of claim 1.

Pulsbetriebene Laserdioden werden üblicherweise dadurch betätigt, daß die Ladung eines Kondensators oder einer Kondensatoranordnung mit Hilfe eines gesteuerten Schalters auf die Dioden übertragen wird. Die bisherigen Schaltungsanordnungen zur Energieversorgung von solchen Laserdioden bringen dann Probleme mit sich, wenn die Spannung der Spannungsquelle kleiner als die Versorgungsspannung der Laserdiode ist und der Stromverbrauch niedrig sein soll. Dies trifft auch für Laserdioden mit höherer Lichtleistung zu, so daß der Einsatz von solchen Laserdioden etwa in Abstandssensoren von Kraftfahrzeugen problematisch wird. Die im Kraftfahrzeug vorhandene Spannungsquelle, üblicherweise eine Batterie, hat eine Spannung von in der Regel 12 Volt, die für Laserdioden hoher Leistung nicht ausreichend ist. In einem solchen Falle ist es unumgänglich, die Spannung der Spannungsquelle durch geeignete Spannungswandler hochzutransformieren, um die für einen Abstandssensor erforderliche Leistung zu erbringen. Insbesondere trifft das aber für batteriebetriebene Systeme mit Laserpulsern zu.Pulse powered laser diodes are usually used as a result actuates that the charge of a capacitor or a Capacitor arrangement with the help of a controlled switch the diodes is transmitted. The previous circuit arrangements then bring to the energy supply of such laser diodes Problems with itself when the voltage of the voltage source is smaller than the supply voltage of the laser diode and the Power consumption should be low. This also applies to Laser diodes with higher light output too, so that the use of such laser diodes, for example, in distance sensors of motor vehicles becomes problematic. The one present in the motor vehicle Voltage source, usually a battery, has a voltage Usually 12 volts for high power laser diodes is not sufficient. In such a case it is inevitable, the voltage of the voltage source by appropriate To transform voltage transformers to the one for Distance sensor to provide the required performance. In particular but this applies to battery-operated systems with laser pulsers to.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der in Rede stehenden Art anzugeben, die bei einem einfachen Aufbau eine hohe Leistung für eine pulsbetriebene Last, insbesondere eine Laserdiode, zur Verfügung stellt.The invention has for its object a Specify circuitry of the type in question, which at high performance for a simple structure pulse-operated load, in particular a laser diode, are available poses.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. This object is according to the invention by the characterizing Features of claim 1 solved.

Demgemäß wird die notwendige hohe Versorgungsspannung der Laserdiode, die größer als die Spannung der zur Verfügung stehenden Spannungsquelle ist, durch serielles Schalten von mehreren über Lade- und Ableitwiderstand parallel an der Spannungsquelle liegenden Kondensatoren mit Hilfe von Halbleiterschaltern, vorzugsweise Transistoren, in den Verbindungszweigen zwischen den einzelnen Kondensatoren erzeugt. Die Kondensatoren mit den Schaltern bilden somit einzelne Module, die, gesteuert durch einen Triggerimpuls am ersten Modul, seriell ausgelöst werden und ihre Gesamtladung über die pulsbetriebene Last leiten.Accordingly, the necessary high supply voltage Laser diode that is larger than the voltage of the available standing voltage source, by switching in series several via charging and leakage resistance in parallel on the Capacitors located with the aid of voltage source Semiconductor switches, preferably transistors, in the Connection branches generated between the individual capacitors. The capacitors with the switches thus form individual ones Modules controlled by a trigger pulse on the first Module that are triggered serially and their total charge over the Conduct pulse-driven load.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können mehrere solcher in Serie geschaltete Module in Gruppen parallel geschaltet werden, so daß die erzielbare Leistung nochmals erhöht wird.According to a preferred embodiment of the invention several such series-connected modules in groups in parallel are switched so that the achievable performance again is increased.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Further refinements of the invention result from the Sub-claims emerge.

Die Erfindung ist einem Ausführungsbeispiel anhand der einzigen Figur näher erläutert, in der eine Schaltungsanordnung zur Energieversorgung einer Laserdiodenanordnung gemäß der Erfindung dargestellt ist.The invention is an embodiment based on the only one Figure explained in more detail in which a circuit arrangement for Power supply to a laser diode arrangement according to the invention is shown.

Zentrales Element der Schaltungsanordnung ist ein Modul 1, das einen Kondensator 2 aufweist, der über einen Ladewiderstand 3 und einen Ableitwiderstand 4 mit den beiden Klemmen der nicht gezeigten Spannungsquelle verbunden ist. Der Ladewiderstand 3 liegt an der positiven Batteriespannung U _B+, der Ableitwiderstand an Masse.The central element of the circuit arrangement is a module 1 which has a capacitor 2 which is connected to the two terminals of the voltage source (not shown) via a charging resistor 3 and a bleeder resistor 4 . The charging resistor 3 is due to the positive battery voltage U _{B +} , the discharge resistance to ground.

Jedes Modul weist einen Steuereingang 5 sowie einen Leistungsausgang 6 auf. Der Steuereingang 5 ist mit der Gate-Elektrode eines MOS-Transistors 7 verbunden, dessen Kanalelektroden an Masse bzw. an einen Punkt zwischen dem Ladewiderstand 3 und dem Kondensator 2 angeschlossen sind. Der Leistungsausgang 6 ist mit einem Schaltungspunkt zwischen dem Kondensator 2 und dem Ableitwiderstand 4 verbunden.Each module has a control input 5 and a power output 6 . The control input 5 is connected to the gate electrode of a MOS transistor 7 , the channel electrodes of which are connected to ground or to a point between the charging resistor 3 and the capacitor 2 . The power output 6 is connected to a circuit point between the capacitor 2 and the bleeder resistor 4 .

Der Steuereingang 5 dieses Moduls ist mit einer Steuerschaltung 7 mit einem Triggereingang 8 verbunden. Die Steuerschaltung 8 weist eine Impedanzwandlerschaltung 9 auf, um einen niederohmigen Eingang zu schaffen, und ferner eine Ansteuerschaltung 10 für die Ansteuerung des Transistors 7.The control input 5 of this module is connected to a control circuit 7 with a trigger input 8 . The control circuit 8 has an impedance converter circuit 9 in order to provide a low-impedance input, and furthermore a drive circuit 10 for driving the transistor 7 .

An dieses erste Modul 1 schließen sich im wesentlichen gleich aufgebaute Module an, wobei jedoch der Leistungsausgang 6 mit den Kanalelektroden des Transistors des nachfolgenden Modules verbunden ist. Die andere Kanalelektrode ist wiederum mit einem Schaltungspunkt zwischen dem Ladewiderstand und dem Kondensator verbunden. Die Gate-Elektrode des Transistors liegt an Masse. Dieses nachfolgende Modul ist in der Figur mit 1a bezeichnet. An dieses können noch weitere gleich aufgebaute Module angeschlossen werden, in diesem Falle nur ein einziges Modul 1 b, bei dem lediglich parallel zum Ableitwiderstand 4 eine Diodenanordnung 11 als Nutzlast vorgesehen ist.This first module 1 is followed by essentially identical modules, but the power output 6 is connected to the channel electrodes of the transistor of the subsequent module. The other channel electrode is in turn connected to a circuit point between the charging resistor and the capacitor. The gate electrode of the transistor is grounded. This subsequent module is designated 1a in the figure. Other modules of the same construction can be connected to this, in this case only a single module 1 b , in which a diode arrangement 11 is provided as a payload only in parallel with the bleeder resistor 4 .

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Gruppen von seriell geschalteten Modulen parallel zusammengefaßt, wobei zusätzlich noch parallel zu der Laserdiodenanordnung ein gemeinsamer Ableitwiderstand 12 für die drei Module 1 b vorgesehen ist.In the illustrated embodiment, three groups of series-connected modules are combined in parallel, a common bleeder resistor 12 being additionally provided for the three modules 1 b in parallel with the laser diode arrangement.

Wird an den Triggereingang 8 der Steuerschaltung 7 ein Impuls angelegt, so werden die Ladungen der Kondensatoren in den einzelnen Modulen 1, 1 a und 1 b über die Kanäle der Transistoren 7 auf die Laserdiodenanordnung 11 übertragen.If a pulse is applied to the trigger input 8 of the control circuit 7 , the charges of the capacitors in the individual modules 1 , 1 a and 1 b are transferred to the laser diode arrangement 11 via the channels of the transistors 7 .

Nimmt man eine Betriebsspannung von 12 Volt entsprechend derjenigen einer Kraftfahrzeugbatterie an, so ist üblicherweise die Stromaufnahme der Schaltungsanordnung nach der Fig. 6 uA/Hz. Die Pulsfrequenz kann zwischen 0 und 3 kHz bei einer Lichtleistung von 40 W variiert werden. Durch die angegebene kaskadenartige Schaltungsanordnung zur Energieversorgung kann die Versorgungsspannung der Diode auf ein Mehrfaches der Betriebsspannung erhöht werden, z. B. auf den Wert von 60 bis 120 V. Hiermit ergeben sich Spitzenleistungen für die Laserdiode, die über ein kW reichen. Ein Stromverbrauch tritt praktisch nur dann auf, wenn Laserimpulse generiert werden. Der Stromverbrauch ist dann proportional der Laserimpulsrate.Assuming an operating voltage of 12 volts corresponding to that of a motor vehicle battery, the current consumption of the circuit arrangement according to FIG. 6 is usually 6 uA / Hz. The pulse frequency can be varied between 0 and 3 kHz with a light output of 40 W. Due to the specified cascade-like circuit arrangement for energy supply, the supply voltage of the diode can be increased to a multiple of the operating voltage, for. B. to the value of 60 to 120 V. This results in peak performances for the laser diode, which extend over one kW. Power consumption practically only occurs when laser pulses are generated. The power consumption is then proportional to the laser pulse rate.

Claims

1. Circuit arrangement for the energy supply of pulse-operated loads, in particular laser diodes, with a voltage source, a capacitor arrangement with charging and discharge resistors for storing electrical energy, a switch arrangement for serial connection of the capacitor arrangement and the load and a control circuit for the pulsed actuation of the switch arrangement, characterized by a series connection of several modules (1), each having a defined between the poles of the voltage source capacitor (2) in series, each with a charge and leakage, and an electrically serially located to the capacitors of the modules semiconductor switch (7), that the switch (7 ) of the first module ( 1 ) is connected to the control circuit ( 7 ), and that the switches ( 7 ) of the further modules ( 1 a , 1 b ) each with opposite connections of the capacitors ( 2 ) of two successive modules ( 1 , 1 a , 1 b ) are connected.

2. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the control electrode of the semiconductor switch ( 7 ) of the first module ( 1 ), which is designed as a transistor, is connected to the control circuit ( 7 ), and that the connections between the individual modules ( 1 , 1 a , 1 b ) are formed by the channel sections of the transistors ( 7 ) of the subsequent modules ( 1 a , 1 b ).